JP2008175173A - Air-fuel ratio control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に、排ガス中に含まれるアンモニア(NH3)の量を削減する技術に関する。 The present invention relates to an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine, and more particularly to a technique for reducing the amount of ammonia (NH 3 ) contained in exhaust gas.
自動車等の車両のエンジンから排出される排ガス中には、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)等、環境に悪影響を与える虞のある汚染物質が多く含まれている。このため、一般的には、エンジンから排出される排ガスが通過する排気通路に、例えば三元触媒やNOx吸蔵触媒等の排気浄化用触媒を配置し、排ガスが浄化された状態で大気中に放出されるようにしている。 Exhaust gas discharged from the engine of vehicles such as automobiles contains many pollutants that may adversely affect the environment, such as carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), and nitrogen oxides (NOx). ing. For this reason, in general, an exhaust purification catalyst such as a three-way catalyst or NOx storage catalyst is disposed in the exhaust passage through which exhaust gas discharged from the engine passes, and the exhaust gas is released into the atmosphere after being purified. To be.
ところで、ガソリンエンジンにおいては、運転モードとして、空燃比を理論空燃比(ストイキオ)近傍とするストイキオ(ストイキ)運転と、空燃比がストイキオよりもリッチなリッチ運転と、空燃比がストイキオよりもリーンであるリーン運転とを組み合わせることで、排ガスの効率的な浄化が行われている(例えば、特許文献1参照)。 By the way, in a gasoline engine, as operation modes, stoichiometric operation in which the air-fuel ratio is in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio (stoichio), rich operation in which the air-fuel ratio is richer than stoichio, and the air-fuel ratio is leaner than stoichio. By combining with a certain lean operation, the exhaust gas is efficiently purified (for example, see Patent Document 1).
なお、ストイキオ運転時には、一般的には、NOx排出量を抑えるためにストイキオよりも若干リッチ側にシフト(リッチシフト)される場合がある。すなわち、ストイキオ運転時であっても、実質的にリッチ運転されている場合がある。 Note that during stoichiometric operation, in general, there is a case where the engine is slightly shifted to a richer side (rich shift) than stoichiometric in order to suppress the NOx emission amount. That is, even during stoichiometric operation, there may be a case where the vehicle is substantially rich.
しかしながら、このようにリッチシフトされたストイキオ運転を含むリッチ運転時には、上記三元触媒等の各種触媒における化学反応によってアンモニア(NH3)が生成され、排ガスとして大気中に排出されてしまうという問題がある。特に、筒内噴射型のガソリンエンジン等、排出されるHC量の多いエンジンを採用している場合、触媒で生成されるアンモニア量も多くなってしまう。 However, there is a problem that ammonia (NH 3 ) is generated by a chemical reaction in various catalysts such as the above three-way catalyst and exhausted into the atmosphere as exhaust gas during rich operation including stoichiometric operation that is richly shifted in this way. is there. In particular, when an engine with a large amount of HC discharged, such as an in-cylinder gasoline engine, is employed, the amount of ammonia produced by the catalyst also increases.
なお、アンモニアの排出量は、現状では自動車排出ガス規制の対象にはなっていないが、濃度が高くなれば悪臭を発生する等の問題が生じてしまうため、排出されるアンモニアの量は、できるだけ少ないことが望ましい。 The amount of ammonia discharged is not currently subject to automobile exhaust gas regulations, but if the concentration is high, problems such as the generation of malodor will occur. Less is desirable.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、NOxの排出量を少なく抑えつつアンモニア(NH3)の排出量を大幅に抑えることができる空燃比制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an air-fuel ratio control apparatus capable of significantly suppressing ammonia (NH 3 ) emission while suppressing NOx emission. To do.
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、エンジンの排気通路に設けられる排気浄化用触媒と、前記排気通路に設けられ、排ガス中のアンモニアを検出する検出手段と、前記検出手段が所定量以上のアンモニアを検出した時に、空燃比のリッチ度合を抑制するように制御を実施する空燃比制御手段と、を有することを特徴とする空燃比制御装置。 A first aspect of the present invention that solves the above problems includes an exhaust purification catalyst provided in an exhaust passage of an engine, a detection means provided in the exhaust passage for detecting ammonia in the exhaust gas, and the detection means. And an air-fuel ratio control means for performing control so as to suppress the richness of the air-fuel ratio when ammonia exceeding a fixed amount is detected.
かかる第1の態様では、NOxの排出を防止しつつアンモニアの排出量を極めて少なく抑えることができる。 In the first aspect, the amount of ammonia discharged can be suppressed to an extremely low level while preventing NOx discharge.
本発明の第2の態様は、前記検出手段が、前記排気浄化用触媒の下流側に設けられるNOxセンサであることを特徴とする第1の態様の空燃比制御装置にある。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the air-fuel ratio control apparatus according to the first aspect, wherein the detection means is a NOx sensor provided on the downstream side of the exhaust purification catalyst.
かかる第2の態様では、アンモニア検出用のセンサ等を設置する必要がなく、構造の複雑化やコスト高を引き起こす事態にも至らない。 In the second aspect, it is not necessary to install an ammonia detection sensor or the like, and it does not lead to a situation in which the structure is complicated and the cost is increased.
本発明の第3の態様は、前記エンジンの運転モードを判定する運転モード判定手段をさらに有し、前記空燃比制御手段は、前記運転モード判定手段により前記エンジンの空燃比が理論空燃比(ストイキオ)又はリッチである非リーン運転状態であると判定され、前記NOxセンサの出力が所定値以上の時、前記制御を実施することを特徴とする第2の態様の空燃比制御装置にある。 The third aspect of the present invention further includes operation mode determination means for determining an operation mode of the engine, and the air-fuel ratio control means determines that the air-fuel ratio of the engine is a stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric) by the operation mode determination means. ) Or the rich non-lean operation state, and the control is performed when the output of the NOx sensor is equal to or higher than a predetermined value.
本発明の第4の態様は、前記運転モード判定手段により前記エンジンの空燃比がリーン運転状態であると判定され、前記NOxセンサの出力が所定値以上の時、前記エンジンのリーン運転状態を禁止又は制限する制限手段をさらに有することを特徴とする第3の態様の空燃比制御装置にある。 In a fourth aspect of the present invention, when the air-fuel ratio of the engine is determined to be in a lean operation state by the operation mode determination means and the output of the NOx sensor is equal to or greater than a predetermined value, the lean operation state of the engine is prohibited. Alternatively, the air-fuel ratio control apparatus according to the third aspect further includes limiting means for limiting.
かかる第4の態様では、アンモニアの排出量を極めて少なく抑え、且つNOxの排出をより確実に防止することができる。 In the fourth aspect, the amount of ammonia discharged can be suppressed to an extremely low level, and NOx discharge can be more reliably prevented.
本発明の第5の態様は、前記排気浄化用触媒の下流側に設けられるリアO2センサをさらに具備し、前記空燃比制御手段は、前記リアO2センサの検出値が所定範囲となるように前記制御を実施することを特徴とする第1〜4の何れか一つの態様の空燃比制御装置にある。 The fifth aspect of the present invention further includes a rear O 2 sensor provided on the downstream side of the exhaust purification catalyst, and the air-fuel ratio control means is configured so that a detection value of the rear O 2 sensor falls within a predetermined range. The air-fuel ratio control apparatus according to any one of the first to fourth aspects is characterized in that the above control is performed.
かかる第5の態様では、排ガス中のNOx及びアンモニアを正確に検出して、これらNOx及びアンモニアの排出量をさらに確実に抑えることができる。 In the fifth aspect, it is possible to accurately detect NOx and ammonia in the exhaust gas, and to more reliably suppress emissions of these NOx and ammonia.
かかる本発明では、NOxの排出量を良好に抑えつつ、触媒でのアンモニア(NH3)の生成を抑制しアンモニアの排出量を極めて少なく抑えることができる。また、NOxセンサの出力値をトリガとして空燃比を調整することで、アンモニアの排出量を比較的正確に判断することができ、アンモニアの排出量をより確実に抑えることができる。 In the present invention, it is possible to suppress the generation of ammonia (NH 3 ) in the catalyst and to suppress the discharge amount of ammonia extremely while suppressing the discharge amount of NOx satisfactorily. Further, by adjusting the air-fuel ratio using the output value of the NOx sensor as a trigger, it is possible to determine the amount of ammonia discharged relatively accurately, and to suppress the amount of ammonia discharged more reliably.
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る空燃比制御装置を含むエンジンシステムの概略構成を示す図である。以下、本実施形態では、この空燃比制御装置を筒内噴射型火花添加式ガソリンエンジンに適用した場合を例に採って説明する。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine system including an air-fuel ratio control apparatus according to the present invention. Hereinafter, in this embodiment, the case where this air-fuel ratio control device is applied to a direct injection type spark addition type gasoline engine will be described as an example.
図1に示すガソリンエンジン(以下、単にエンジンという)11は、筒内噴射型火花添加式ガソリンエンジンであり、シリンダヘッド12とシリンダブロック13とを有している。シリンダブロック13の各シリンダ14内には、ピストン15が往復移動自在に収容されている。そして、このピストン15とシリンダ14とシリンダヘッド12とで燃焼室16が形成されている。ピストン15は、コンロッド17を介してクランクシャフト18に接続されている。ピストン15の往復運動は、コンロッド17を介してクランクシャフト18に伝達される。
A gasoline engine (hereinafter simply referred to as an engine) 11 shown in FIG. 1 is an in-cylinder injection type spark-added gasoline engine, and includes a
シリンダヘッド12には吸気ポート19が形成されている。この吸気ポート19には吸気マニホールド20が接続されており、吸気マニホールド20には吸気管21が接続されている。吸気ポート19には吸気弁22が設けられており、この吸気弁22によって吸気ポート19が開閉されるようになっている。さらに、シリンダヘッド12には、排気ポート23が形成されている。この排気ポート23には排気マニホールド24の一端が接続されており、排気マニホールド24の他端には排気管25が接続されている。なお、排気ポート23には排気弁26が設けられており、吸気ポート19における吸気弁22と同様、排気ポート23はこの排気弁26によって開閉されるようになっている。
An
シリンダヘッド12には、各気筒毎に点火プラグ27が取り付けられている。各点火プラグ27には、高電圧を出力する点火コイル28が接続されている。さらに、シリンダヘッド12には、点火プラグ27と共に電磁式の燃料噴射弁29が設けられている。各燃料噴射弁29には、燃料バルブを介して燃料タンクを擁した燃料供給装置(図示なし)が接続されている。各燃焼室16内には、燃料タンク内の燃料が各燃料噴射弁29から直接噴射されるようになっている。
A
吸気マニホールド20の上流側の吸気管21には、吸入空気量を調整するスロットル弁31が設けられており、併せてスロットル弁31の弁開度を検出するスロットルポジションセンサ(TPS)32が設けられている。さらに、スロットル弁31の上流には、吸入空気量を計測するエアフローセンサ33が介装されている。
The
排気マニホールド24に接続された排気管25には、排気浄化用触媒を構成する三元触媒34とNOx吸蔵触媒35とが介装されている。三元触媒34は、担体に活性貴金属として白金(Pt)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)の何れかを有している。活性貴金属は、セリウム(Ce)、ジルコニア(Zr)等の酸素吸蔵材を含む場合の他、このような酸素吸蔵材を含まない場合においても、酸素吸着機能(O2ストレージ機能)を有している。このため三元触媒34は、排気空燃比(排気A/F)がリーンである酸化雰囲気中において酸素(O2)を吸着すると、排気A/Fがリッチとなり還元雰囲気となるまでそのO2をストレージO2として保持する。そして、還元雰囲気となった際にこのストレージO2を放出(供給)することにより解離Oが除去され、還元雰囲気状態においてもHC(炭化水素)やCO(一酸化炭素)が酸化除去されるようになっている。
In the
三元触媒34の下流側に配されたNOx吸蔵触媒35は、例えば、酸化アルミニウム(AL2O3)からなるハニカム構造の担体に、白金(Pt)、パラジウム(Pd)等の貴金属が担持されると共に、吸蔵剤としてバリウム(Ba)、カリウム(K)等のアルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属が担持されてなる。そして、NOx吸蔵触媒35では、酸化雰囲気においてNOxを一旦吸蔵し、例えば、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)等を含む還元雰囲気中において、NOxを放出して窒素(N2)等に還元する。
The
NOx吸蔵触媒35の下流側には、排ガス中の酸素濃度を検出するリアO2センサ36と、排ガス中のNOx量を検出するジルコニアタイプのNOxセンサ37とが配置されている。さらに、本実施形態では、三元触媒34の上流側に、排気中のO2濃度を検出するフロントO2センサ38が配置されている。詳しくは後述するが、本実施形態では、NOxセンサ37の出力値に基づいて空燃比を調整することで、NOxの排出量を抑えると共にアンモニア(NH3)の排出量を極めて低く抑えている。
Downstream of the
ECU(電子コントロールユニット)39は、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等を備えている。このECU39により、エンジン11を含めた空燃比制御装置10の総合的な制御が行われる。ECU39の入力側には、上述したTPS32、エアフローセンサ33、リアO2センサ36、NOxセンサ37、フロントO2センサ38の他、エンジン11のクランク角を検出するクランク角センサ40等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
The ECU (electronic control unit) 39 includes an input / output device, a storage device (ROM, RAM, etc.), a central processing unit (CPU), a timer counter, and the like. The
一方、ECU39の出力側には、上述の燃料噴射弁29、点火コイル28、スロットル弁31等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには、各種センサ類からの検出情報に基づきECU39で演算された燃料噴射料、燃料噴射時間、点火時期等がそれぞれ出力される。詳しくは、各種センサ類からの検出情報に基づき空燃比が適正な目標空燃比(目標A/F)に設定され、この目標A/Fに応じた量の燃料が適正なタイミングで燃料噴射弁29から噴射され、またスロットル弁31が適正な開度に調整され、点火プラグ27により適正なタイミングで火花点火が実施されるようになっている。
On the other hand, the output side of the
このようなエンジン11では、例えば、運転条件等に応じて、空燃比が理論空燃比(ストイキオ)よりもリッチであるリッチ運転と、ストイキオと、理論空燃比よりリーンであるリーン運転とを適宜切り替えることで、燃費を向上しつつNOxの排出量を抑えている。例えば、本実施形態では、運転条件等に応じて、リーン運転と、空燃比がストイキオ近傍で且つ若干リッチ側にシフト(リッチシフト)されたストイキオ運転(非リーン運転)とを切り替えている。
In such an
また、ストイキオ運転時には、フロントO2センサ38からの情報に基づいて空燃比がフィードバック制御(ストイキオフィードバック制御)されている。すなわち、所定の基準値、いわゆる中心A/Fに対して空燃比を周期的に振動させる制御を行っている。そして、ストイキオ運転時には、NOxの排出量を抑えるために、通常は、中心A/Fはストイキオよりも若干リッチ側にシフト(リッチシフト)されており、ストイキオ運転中は、空燃比がリーンではない非リーン運転状態が維持されるようにしている。 Further, during the stoichiometric operation, the air-fuel ratio is feedback-controlled (stoichiometric feedback control) based on information from the front O 2 sensor 38. That is, control is performed to periodically oscillate the air-fuel ratio with respect to a predetermined reference value, so-called center A / F. During the stoichiometric operation, the center A / F is normally shifted slightly richer than the stoichio (rich shift) in order to suppress the NOx emission amount, and the air-fuel ratio is not lean during the stoichiometric operation. The non-lean operation state is maintained.
以下、図2〜図5を参照しつつ、排ガス中におけるアンモニアに発生メカニズム、及びその検出・抑制手法について説明する。 Hereinafter, the generation mechanism of ammonia in exhaust gas and the detection / suppression method will be described with reference to FIGS.
例えば、エンジンの暖機運転時等に、リッチ度合の比較的高いストイキオ運転が連続的に実施されると、アンモニア(NH3)が多く排出されるという問題がある。図2には、エンジン始動後の経過時間(sec)と、空燃比(A/F:1段目)、総炭化水素量(THC(%C):2段目)、アンモニア排出量(NH3(ppm):3段目)との関係の一例が示されているが、図2の3段目のグラフから、排ガス中のアンモニアの発生を示すピークが三元触媒34入口では殆ど検出されておらず、NOx吸蔵触媒35出口においてピークが現れていることが分かる。このことから、アンモニアは、三元触媒34及びNOx吸蔵触媒35で生成されていると考えられるが、特に、以下の理由により、三元触媒34において多く生成されると考えられる。
For example, when a stoichiometric operation with a relatively high degree of richness is continuously performed during engine warm-up operation, a large amount of ammonia (NH 3 ) is discharged. FIG. 2 shows the elapsed time (sec) after engine start, the air-fuel ratio (A / F: first stage), the total hydrocarbon amount (THC (% C): second stage), and the ammonia emission amount (NH 3 An example of the relationship with (ppm): the third stage) is shown, but from the third stage graph of FIG. 2, a peak indicating the generation of ammonia in the exhaust gas is almost detected at the inlet of the three-
すなわち、三元触媒34に流入する排ガスの空燃比(排気空燃比)が理論空燃比よりもリーンのときにはこの排ガス中のNOxは三元触媒34をそのまま通過するが、三元触媒34に流入する排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであると、以下に示す反応式(1)、(2)に基づき、三元触媒34において排ガス中のNOxがアンモニア(NH3)に変換されると考えられる。
That is, when the air-fuel ratio (exhaust air-fuel ratio) of the exhaust gas flowing into the three-
NO+HC+H2O→CO2+NH3 (1)
2NO+5H2→2H2O+2NH3 (2)
また、上記式(2)における水素(H2)は、下記式(3)(4)の反応により還元されると考えられる。
NO + HC + H 2 O → CO 2 + NH 3 (1)
2NO + 5H 2 → 2H 2 O + 2NH 3 (2)
Further, hydrogen (H 2) in the formula (2) is thought to be reduced by the following reaction formula (3) (4).
CO+H2O→CO2+H2 (3)
HC+H2O→CO2+CO+H2 (4)
リッチシフトされたストイキオ運転時には、三元触媒34に流入するHC量が比較的多くなるため、三元触媒34に流入したNOxがNH3に変換され易く、排ガス中に含まれるアンモニア量が多くなると考えられる。特に、本実施形態のように、エンジン11が筒内噴射型である場合には、エンジン11から排出される排ガス中に含まれるHC量(TCH)が、例えば、三元触媒34入口において0.6%C程度と比較的多いため(図2の2段目のグラフ参照)、三元触媒34等によるアンモニアの生成量がさらに多くなると考えられる。
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (3)
HC + H 2 O → CO 2 + CO + H 2 (4)
During rich shift stoichiometric operation, the amount of HC flowing into the three-
このように排ガス中に含まれるアンモニア(NH3)は、現状では排出ガス規制の対象ではないものの濃度が高くなれば悪臭を発生する等の問題が生じる虞がある。このため、本発明では、排ガス中のNOx量を増加させることなくアンモニアの排出量を抑制するようにした。 As described above, ammonia (NH 3 ) contained in the exhaust gas is not currently subject to exhaust gas regulations, but if the concentration is high, problems such as generation of malodor may occur. For this reason, in the present invention, the discharge amount of ammonia is suppressed without increasing the NOx amount in the exhaust gas.
本実施形態では、NOx吸蔵触媒35の下流側に設けられる、いわゆるジルコニアタイプのNOxセンサ37によって排ガス中のアンモニアの発生状況を判断し、この判断結果に基づいて空燃比を調整することで、すなわち、以下に説明する制御ルーチン(空燃比制御手段)によって空燃比を調整することで、アンモニアの排出量(生成量)を抑制している。このように、本来はNOxを検出するために用いられるNOxセンサ37によりアンモニアの発生状況を判断するため、別途アンモニア検出用のセンサ等を追加して設置する必要はなく、構造の複雑化やコスト高を著しく引き起こす事態にも至らない。
In the present embodiment, the state of ammonia generation in the exhaust gas is determined by a so-called zirconia
なお、NOxセンサ37の出力値の変化は、運転条件等によっても多少変化するものの一定の傾向を示す。例えば、図3にリアO2センサの出力値(V)と、NOxセンサの出力値に基づくNH3の排出量(ppm)との関係の一例を示す。図3に示すように、NOxセンサ37の出力値は、リアO2センサ36の出力値の増加に伴って徐々に低下し、リアO2センサ36の出力値が所定値を超えると急激に増加するという変化を示す。そして、リアO2センサ36の出力値が所定値を超えた後のNOxセンサ37の出力値の増加は、排ガス中のNOxの増加によるものではなく、NH3を検出したことによるものであるといえる。このようにNOxセンサによってアンモニアが検出されることは、図4に示すグラフから判断することができる。
Note that the change in the output value of the
図4は、エンジン始動後の経過時間(sec)と、空燃比(A/F:1段目)、所定の測定器によって測定したアンモニア排出量(NH3(ppm):2段目)、所定の分析計によって得たNOx排出量(NOx(ppm):3段目)との関係の一例を示すグラフである。3段目のグラフには、NOxセンサの出力値と、所定の分析計によって得た排ガス中のNOx濃度との両方が示されている。この図4によると、1段目のグラフでA/Fがリッチシフトされている時間帯(約30〜240秒)に、3段目のグラフに示されているNOxセンサの検出値と、2段目のグラフに描かれているアンモニアの濃度とがほぼ一致しており、しかも、3段目のグラフにある分析計によって得たNOx濃度は、ほぼ一定してゼロとなっている。 FIG. 4 shows an elapsed time (sec) after engine start, an air-fuel ratio (A / F: first stage), an ammonia emission amount measured by a predetermined measuring device (NH 3 (ppm): second stage), a predetermined It is a graph which shows an example of the relationship with the NOx discharge | emission amount (NOx (ppm): 3rd step | paragraph) obtained by the analyzer of. In the third graph, both the output value of the NOx sensor and the NOx concentration in the exhaust gas obtained by a predetermined analyzer are shown. According to FIG. 4, in the time zone (about 30 to 240 seconds) in which the A / F is richly shifted in the first graph, the detected value of the NOx sensor shown in the third graph and 2 The concentration of ammonia drawn in the graph in the second stage is almost the same, and the NOx concentration obtained by the analyzer in the third stage is almost constant and zero.
通常、NOxは、空燃比がリーンとなっている状態で多く排出されるものであり、空燃比がリッチシフトされている状態では触媒によって浄化されるので、あまり排出されないはずである。にもかかわらず、リッチシフトされている時間帯(約30〜240秒)においてNOxセンサの出力値が得られているということは、このNOxセンサは、NOxに反応しているのではなくNH3に反応していると考えることができる。このことは、上述したように、NOxセンサの出力値とアンモニア濃度とがほぼ一致し、かつ、実際のNOx濃度はほぼゼロであることからも裏付けられているといえる。 Normally, NOx is discharged in a large amount when the air-fuel ratio is lean, and since it is purified by the catalyst in a state where the air-fuel ratio is richly shifted, it should not be discharged so much. Nevertheless, the output value of the NOx sensor is obtained in the time zone during which the rich shift is performed (about 30 to 240 seconds). This means that the NOx sensor is not reacting to NOx but is NH 3. Can be thought of as reacting to As described above, this is supported by the fact that the output value of the NOx sensor and the ammonia concentration substantially coincide with each other and the actual NOx concentration is almost zero.
以下、図5の制御ルーチンを示すフローチャートに基づき、本実施形態に係る空燃比制御方法について説明する。 Hereinafter, the air-fuel ratio control method according to the present embodiment will be described based on a flowchart showing the control routine of FIG.
図5に示すように、まずは、例えば、車速、エンジンの回転速度、体積効率、吸入空気流量、排気温度、始動後経過時間、冷却水温度等の各種運転条件を検出する(ステップS1)。 As shown in FIG. 5, first, for example, various operating conditions such as vehicle speed, engine rotation speed, volumetric efficiency, intake air flow rate, exhaust temperature, elapsed time after startup, and coolant temperature are detected (step S1).
次いで、フロントO2センサ38、リアO2センサ36、NOxセンサ37等の各センサが活性化されたかどうかを判断する(ステップS2)。各センサが活性化されているか否かについては、例えば、始動後経過時間等に基づいて判断することができる。各センサが活性化されたと判断すると(ステップS2:YES)、次に三元触媒34及びNOx吸蔵触媒35の温度をそれぞれ検出する(ステップS3)。触媒温度は、例えば、温度センサ等によって三元触媒34及びNOx吸蔵触媒35の温度を直接測定するようにしてもよいが、始動後経過時間等の各種条件に基づいて推定した温度であってもよい。
Next, it is determined whether or not each sensor such as the front O 2 sensor 38, the rear O 2 sensor 36, and the
その後、触媒温度が所定温度以上となるまで待機し(ステップS4:NO)、触媒温度が所定温度以上となった時点で(ステップS4:YES)、検出手段であるNOxセンサ37の出力値を検出する(ステップS5)。次にステップS6で、リアO2センサ36からの情報に基づいて現在の運転モードがストイキオ又はリッチである非リーン運転状態であるか否かを判断する(運転モード判定手段)。本実施形態では、運転モードがストイキオ運転であり且つ中心A/Fがリッチシフトされているか否かを判断する。
Thereafter, the process waits until the catalyst temperature becomes equal to or higher than the predetermined temperature (step S4: NO). When the catalyst temperature becomes equal to or higher than the predetermined temperature (step S4: YES), the output value of the
そして、非リーン運転状態(リッチシフトストイキオ運転)であると判断された場合には(ステップS6:YES)、次いで、ステップS7で検出したNOxセンサ37の出力値が所定値C1、例えば、50ppmよりも大きいか否かを判断する(ステップS7)。上述したように、NOxは空燃比が非リーン運転状態ではあまり排出されないはずである。にもかかわらず、NOxセンサ37の出力値が得られているということは、NOxセンサ37は、NOxに反応しているのではなくNH3に反応していると考えられる。このため、NOxセンサ37の出力値が所定値C1よりも大きい場合には(ステップS7:YES)、NOxセンサ37による出力値がアンモニアによるものであると判定する。
If it is determined that the vehicle is in a non-lean operation state (rich shift stoichiometric operation) (step S6: YES), then the output value of the
ステップS7で、NH3制御開始条件が成立したと判断すると(ステップS7:YES)、NH3抑制制御を実施する(ステップS8)。具体的には、例えば、燃料噴射弁29からの燃料噴射量や吸気量を増減させることで空燃比を調整し、リーン運転にならない程度に、空燃比のリッチ度合を抑制する。このとき、空燃比の調整は、フロントO2センサ38の出力値に基づいて行ってもよいが、リアO2センサ36の出力値に基づいて行うことが好ましい。本実施形態では、リアO2センサ36の出力値が所定範囲内になるように空燃比を調整している。勿論、両方のセンサの出力値に基づいて空燃比を調整するようにしてもよい。
If it is determined in step S7 that the NH 3 control start condition is satisfied (step S7: YES), NH 3 suppression control is performed (step S8). Specifically, for example, the air-fuel ratio is adjusted by increasing or decreasing the fuel injection amount or the intake air amount from the
例えば、リアO2センサ36の出力値R−O2が、0.70V<R−O2<0.84Vとなるように空燃比を調整する。詳しくは、例えば、図3に一例を示したNH3、NOxの排出特性に基づいて、リアO2センサ36の出力値が0.80≦R−O2である場合には、NOxセンサ36の出力値がアンモニアによるものであると判定され、さらにリアO2センサ36の出力値が0.84≦R−O2であれば、空燃比を若干リーン化してリアO2センサ36の出力値が0.70V<R−O2<0.84Vとなるように中心A/Fのリッチ度合を抑制する。これにより、NOxの排出量を抑えつつアンモニアの排出量も極めて少なく抑えることができる。 For example, the air-fuel ratio is adjusted so that the output value R-O 2 of the rear O 2 sensor 36 satisfies 0.70 V <R-O 2 <0.84 V. Specifically, for example, when the output value of the rear O 2 sensor 36 is 0.80 ≦ R−O 2 based on the NH 3 and NOx emission characteristics shown in FIG. If it is determined that the output value is due to ammonia, and the output value of the rear O 2 sensor 36 is 0.84 ≦ R−O 2 , the air-fuel ratio is slightly leaned, and the output value of the rear O 2 sensor 36 is 0.70V <R-O 2 <suppress rich degree of the central a / F such that the 0.84 V. As a result, the amount of ammonia discharged can be suppressed to an extremely low level while suppressing the amount of NOx discharged.
ここで、図6に示すように、NH3排出量(NOxセンサ37によって検出)は、ストイキオ運転時に空燃比のリッチ度合を抑制(リーンシフト)することによって、すなわち、中心A/Fのリッチ度合を抑制することによって、徐々に低減されることが分かっている。一方、NOx排出量は、図7に示すように、空燃比のリッチ度合を抑制するのに伴って若干増加するものの、大きく変化することはない。したがって、NOxセンサ37によってアンモニアが検出された際に空燃比のリッチ度合を抑制することで、NOxの排出量を少なく抑えつつアンモニアの排出量も確実に抑えることができる。
Here, as shown in FIG. 6, the NH 3 emission amount (detected by the NOx sensor 37) is obtained by suppressing the lean degree of the air-fuel ratio during stoichiometric operation, that is, the rich degree of the center A / F. It has been found that by suppressing the gradual reduction. On the other hand, as shown in FIG. 7, the NOx emission amount increases slightly as the air-fuel ratio richness is suppressed, but does not change greatly. Therefore, by suppressing the richness of the air-fuel ratio when ammonia is detected by the
さらに、本実施形態では、排気浄化用触媒を構成する最下流のNOx吸蔵触媒35の出口近傍に設けられたリアO2センサ36の出力値を基準として空燃比を調整している。そのため、排ガス中のNOxを確実に除去することができ、排ガス中のNOx量は極めて少なくなっている。したがって、NOxセンサ37では実質的にアンモニアのみが検出されることになる。つまり、リアO2センサの出力値を基準として空燃比を調整することで、アンモニアの排出特性は触媒の劣化状態に大きく影響を受けるものの触媒の状態に拘わらずアンモニアの濃度を正確にモニタすることができる。よって、NOxの排出を防止しつつアンモニアの排出も確実に抑制することができる。
Further, in the present embodiment, the air-fuel ratio is adjusted based on the output value of the rear O 2 sensor 36 provided in the vicinity of the outlet of the most downstream
なお、NH3抑制制御における空燃比の調整は、勿論、一度で行う必要はなく、段階的に複数回行うようにしてもよい。 Of course, the adjustment of the air-fuel ratio in the NH 3 suppression control does not have to be performed once, and may be performed a plurality of times stepwise.
また、ステップS8でNH3抑制制御を実施する際、仮に、リアO2センサの出力値が、R−O2<0.70Vであった場合には、中心A/Fをさらにリッチシフトさせるようにしてもよい。これにより、NOxの排出量をさらに抑えることができる。 Further, when the NH 3 suppression control is performed in step S8, if the output value of the rear O 2 sensor is R−O 2 <0.70 V, the center A / F is further richly shifted. It may be. Thereby, the amount of NOx emission can be further suppressed.
その後、ステップS9でアンモニア抑制制御終了条件が成立したか否かを判定する。例えば、NOxセンサの出力値を再度検出し、その出力値が所定値C1よりも低い場合にアンモニア抑制制御条件が成立したと判断し(ステップS9:YES)、NH3抑制制御を中止して(ステップS10)、ステップS3に戻る。 Thereafter, in step S9, it is determined whether or not the ammonia suppression control end condition is satisfied. For example, when the output value of the NOx sensor is detected again and the output value is lower than the predetermined value C1, it is determined that the ammonia suppression control condition is satisfied (step S9: YES), and the NH 3 suppression control is stopped ( Step S10) and return to step S3.
ステップS6で現在の運転モードがリーン運転であると判断した場合には(ステップS6:NO)、次いで、NOxセンサ37の出力値が所定値C2以上か否かを判断する(ステップS11)。リーン運転中にNOxセンサ37によって検出されるのは、上述したようにアンモニアではなくNOxである。したがって、NOxセンサ37の出力値が所定値C2以上である場合には、すなわち、所定量以上のNOxが検出された場合には(ステップS11:YES)、ステップS12でリーン運転を禁止或いは制限する(制限手段)。これによりNOxの排出を防止した後、ステップS1に戻る。一方、ステップS11でNOxセンサ37の出力値が所定値C2よりも小さかった場合には(ステップS11:NO)、そのままステップS1に戻る。
If it is determined in step S6 that the current operation mode is lean operation (step S6: NO), it is then determined whether the output value of the
なお、NOxセンサ37が一定条件下ではNOxではなくアンモニアを検出するという知見に基づいて、本実施形態では、上述したようにNOxセンサ37によってアンモニアを検出している。ただし、NOxセンサ37の本来の用途は、ステップS11のようにリーン運転時に排ガス中のNOxを検出することである。
In this embodiment, as described above, ammonia is detected by the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、リアO2センサを、排気浄化用触媒を構成する最下流の触媒出口近傍に設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、アンモニアの生成量が比較的多い三元触媒の出口近傍に設けるようにしてもよい。また、例えば、上述の実施形態では、筒内噴射型のエンジンを例示して本発明を説明したが、勿論、本発明は、吸気管噴射型(Multi Point Injection :MPI)等、他のタイプのエンジンにも採用することができる。さらに、ディーゼルエンジンでNOx吸蔵触媒を装着したシステムにも適用できる。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment. For example, in the above-described embodiment, the rear O 2 sensor is provided in the vicinity of the most downstream catalyst outlet constituting the exhaust gas purification catalyst. However, the present invention is not limited to this. For example, the amount of ammonia generated is relatively large. You may make it provide in the exit vicinity of a three-way catalyst. Further, for example, in the above-described embodiment, the present invention has been described by exemplifying an in-cylinder injection type engine. Of course, the present invention is not limited to other types such as an intake pipe injection type (MPI). It can also be used for engines. Furthermore, the present invention can be applied to a system equipped with a NOx storage catalyst in a diesel engine.
10 空燃比制御装置
11 エンジン
12 シリンダヘッド
13 シリンダブロック
14 シリンダボア
15 ピストン
16 燃焼室
17 コンロッド
18 クランクシャフト
19 吸気ポート
20 吸気マニホールド
21 吸気管
22 吸気弁
23 排気ポート
24 排気マニホールド
25 排気管
26 排気弁
27 点火プラグ
28 点火コイル
29 燃料噴射弁
30 燃料バルブ
31 スロットル弁
33 エアフローセンサ
34 三元触媒
35 吸蔵触媒
36 リアO2センサ
37 NOxセンサ
38 フロントO2センサ
39 ECU
40 クランク角センサ
DESCRIPTION OF
40 Crank angle sensor
Claims (5)
前記排気通路に設けられ、排ガス中のアンモニアを検出する検出手段と、
前記検出手段が所定量以上のアンモニアを検出した時に、空燃比のリッチ度合を抑制するように制御を実施する空燃比制御手段と、
を有することを特徴とする空燃比制御装置。 An exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage of the engine;
A detecting means provided in the exhaust passage for detecting ammonia in the exhaust gas;
An air-fuel ratio control means for performing control so as to suppress the rich degree of the air-fuel ratio when the detection means detects ammonia of a predetermined amount or more;
An air-fuel ratio control apparatus comprising:
前記空燃比制御手段は、前記運転モード判定手段により前記エンジンの空燃比が理論空燃比(ストイキオ)又はリッチである非リーン運転状態であると判定され、前記NOxセンサの出力が所定値以上の時、前記制御を実施することを特徴とする請求項2に記載の空燃比制御装置。 An operation mode determination means for determining an operation mode of the engine;
The air-fuel ratio control means is determined by the operation mode determination means that the engine air-fuel ratio is in a stoichiometric or rich non-lean operation state, and the output of the NOx sensor is greater than or equal to a predetermined value. The air-fuel ratio control apparatus according to claim 2, wherein the control is performed.
前記空燃比制御手段は、前記リアO2センサの検出値が所定範囲となるように前記制御を実施することを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の空燃比制御装置。 A rear O 2 sensor provided on the downstream side of the exhaust purification catalyst;
5. The air-fuel ratio control apparatus according to claim 1, wherein the air-fuel ratio control unit performs the control so that a detection value of the rear O 2 sensor falls within a predetermined range.
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